車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)自動化仿真測試平臺

林 磊，郭 鑄，羅方旋，余昌瑾

（株洲中車時代電氣股份有限公司軌道交通技術(shù)中心，湖南 株洲412001）

0 引言

同時CRH2型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與MVB總線型集中控制網(wǎng)絡(luò)不同，該網(wǎng)絡(luò)為分布式環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分布式冗余，各節(jié)點均進(jìn)行參與控制邏輯，支持8輛編組、16輛編組及8+8重聯(lián)編組運營，需按1∶1實物進(jìn)行測試設(shè)計，測試所花費的時間由于其復(fù)雜程度大導(dǎo)致相應(yīng)人工測試時間也長達(dá)數(shù)月，自動化用例及平臺設(shè)計極大減輕人力成本及對細(xì)節(jié)一致性的把握，同步提升效率和質(zhì)量。

本文重點從車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通信與人機(jī)界面全自動化測試研究與應(yīng)用，實現(xiàn)測試過程無人化，同時進(jìn)一步保障車載網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的正確性與可靠性，解決動車領(lǐng)域快速響應(yīng)與高質(zhì)量之間的矛盾。

1 軟硬件框架結(jié)構(gòu)

CRH2型動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)自動化仿真測試平臺（圖1），由1∶1被測車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，車輛設(shè)備仿真，自動化測試集成開發(fā)環(huán)境組成。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與車輛具備人機(jī)交互界面、速度傳感器、輸入輸出數(shù)字量與模擬量和第三方設(shè)備電流環(huán)/HDLC串行通信接口，短編動車組由8節(jié)車廂組成，長編動車組為16節(jié)車廂組成。司機(jī)臺人機(jī)交互界面或車輛交互信息對應(yīng)相應(yīng)設(shè)備仿真，將車輛網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包傳輸至計算機(jī)測試環(huán)境進(jìn)行信息處理，同時將計算機(jī)測試環(huán)境發(fā)出的指令轉(zhuǎn)換成車輛網(wǎng)絡(luò)識別的用戶操作、硬線IO、串行通信數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)車輛設(shè)備的仿真。

圖1 自動化仿真測試平臺軟硬件框架結(jié)構(gòu)

2 遠(yuǎn)程界面

模擬司機(jī)對車載顯示設(shè)備的操作與界面內(nèi)容確認(rèn)功能，通過通信接口，將界面實時截屏到遠(yuǎn)程計算機(jī)，同時將遠(yuǎn)程計算機(jī)點擊輸入操作傳送至車載顯示設(shè)備執(zhí)行用戶請求，實現(xiàn)顯示設(shè)備自動化基礎(chǔ)交互。

遠(yuǎn)程界面通常兩種實現(xiàn)方式：（1）實時視頻與機(jī)械手結(jié)合；（2）車載顯示設(shè)備中嵌入截屏和模擬操作功能。

視頻和機(jī)械手方案對視屏像素與車載顯示器真實像素將產(chǎn)生差異，直接影響圖像識別準(zhǔn)確率同時機(jī)械手操作顯示設(shè)備速度緩慢影響測試效率。

CRH2型動車組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)顯示器采用Proface觸摸屏，嵌入遠(yuǎn)程投影功能（圖2），將車載顯示界面，1∶1像素投影至計算機(jī)，同時傳送鼠標(biāo)對界面的點擊操作，模擬人點擊觸摸屏操作。

本屆十杰評選，再一次提及人像精髓的理解：要有“精、氣、神”，人物要活靈活現(xiàn)！錯把“技術(shù)”當(dāng)“藝術(shù)”，拍出來的照片是僵化的。而關(guān)于“好作品”的定義，又一次回歸到自然的“真我”理念上來。

圖2 司機(jī)顯示器遠(yuǎn)程界面

3 圖像識別

自動化測試除IO點位、通信數(shù)據(jù)流等訪問與控制功能，還需要模擬與司機(jī)顯示設(shè)備人機(jī)交互，目前通用計算機(jī)UI自動化測試框架比較成熟，但UI自動化測試基于計算機(jī)程序界面為控件按不同層次組合而成，測試工具可通過枚舉指定界面中的各控件列表，提取關(guān)心的控件并獲得顯示信息進(jìn)行操作和確認(rèn)。

但車載顯示設(shè)備通常均為嵌入式系統(tǒng)，僅能以圖片形式獲取整個界面的顯示，不能以控件列表進(jìn)行拆分及文字提?。▓D3）。因此通用的計算機(jī)UI自動化測試工具不能實現(xiàn)對嵌入式系統(tǒng)的界面測試。CRH2型自動化仿真測試平臺，通過圖像識別，對圖片中的各文字和非文字進(jìn)行識別，形式元素信息列表，用于確認(rèn)測試中關(guān)心的信息進(jìn)行操作和判斷。

圖3 車載顯示設(shè)備與計算機(jī)界面自動化測試對比

對于傳統(tǒng)控件列表的識別，界面不存在識別率的概念，但適應(yīng)性存在限制，不支持以圖片非控件組成界面。而對以圖片識別為基礎(chǔ)的測試系統(tǒng)，圖片的清晰度將直接影響到識別的準(zhǔn)確性，采用遠(yuǎn)程投影1∶1像素的遠(yuǎn)程界面，同時采用文字識別+符號圖片集像素匹配方式，彌補(bǔ)單純使用文字識別覆蓋不完全的缺陷。

4 用例運行環(huán)境

CRH2型動車組測試用例采用Excel編寫文本用例，對參數(shù)、操作、確認(rèn)分欄編輯以提高可讀性，使用例更接近自然語言，同時以腳本語言為基礎(chǔ)，支持腳本語言的所有特性及擴(kuò)充特性。

目前主流自動化測試軟件，均以腳本語言為基礎(chǔ)，即用于描述和運行相關(guān)用例，并提供無限擴(kuò)展能力，例如廣泛應(yīng)用的QTP自動化測試軟件基于VBScript腳本語言[1-2]。由于腳本語言的發(fā)展及主流排行變化，腳本語言的選擇由語言的便捷性、易讀性及支持庫的多少決定，本測試平臺采用目前主流腳本語言Python作為腳本運行環(huán)境，降低學(xué)習(xí)難度和設(shè)計難度，同時提高擴(kuò)展性。

為降低用例編制難度和易讀性，人工用例由情況、操作和確認(rèn)（表1），對應(yīng)的自動化用例包含參數(shù)、操作和確認(rèn)（表2）。由于同一項功能，需要進(jìn)行多種條件下進(jìn)行測試，此時用例效率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接編碼，編譯器的作用即將參數(shù)進(jìn)行展開生成Python腳本能夠支持的代碼后在腳本運行環(huán)境調(diào)試運行，以下對比人工測試用例和自動化測試用例，由于編譯出來的腳本會大大超過用例本身，僅將參數(shù)1編譯后即將生成進(jìn)行對比（表2）。

表1 人工測試用例

表2 自動化測試用例

從上對比可以發(fā)現(xiàn)，用例參數(shù)化+編譯的方式可以基本統(tǒng)一人工測試用例和自動化測試用例，在不增加用例編制工作和可讀性的同時實現(xiàn)用例自動化。

5 數(shù)據(jù)綁定

在用例編制時，需要明確對象和操作，例如人工測試用例“給定牽引為牽引3檔”，需指明3個要素即可確認(rèn)對象、屬性和操作，分別為“牽引”、“檔位”，“3檔”，為兼顧Python語言支持，用例寫為：牽引["檔位"]=3，可讀性和要素與人工測試用例等同。

為實現(xiàn)用例的可讀性，需要將“牽引“這個對象與仿真設(shè)備綁定，否則這行用例代碼對Python來說并無意義。

綁定實現(xiàn)初始化代碼如下，其中Memroy Mapper為實現(xiàn)綁定功能的Python類：

牽引=MemoryMapper（仿真設(shè)備地址）

牽引.AddMemory（“檔位”，信息所在偏移）

同時由于MemoryMapper類通過重載__setitem__（self，key，val） 和 __getitem__（self，key） 方法，當(dāng)Python執(zhí)行用例：牽引["檔位"]=3時，MemoryMapper類會調(diào)用__setitem__方法，查找仿真設(shè)備的地址及相關(guān)屬性信息偏移，實現(xiàn)仿真設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)給定真實信號。

用例執(zhí)行前的初始用綁定代碼，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)綁定功能，可通過編譯器編譯Excel編制的協(xié)議自動生成，提高自動化程度。

6 集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計

集成開發(fā)環(huán)境核心思想為最大程度降低用戶操作并明確顯示用戶關(guān)注信息，如圖4所示，加載測試工程，顯示工程對應(yīng)測試用例集并顯示相關(guān)用例，同步顯示可編譯后的執(zhí)行代碼，單步或運行跟蹤，同時將測試過程中的相關(guān)操作界面和問題日志實時顯示，用于用戶確認(rèn)測試進(jìn)度與測試異常狀態(tài)。采用類似Visual Studio等主流集成開發(fā)環(huán)境的dock布局，可實現(xiàn)同屏調(diào)整及分屏顯示，提搞自動化測試過程的直觀度。

圖4 自動化測試集成開發(fā)環(huán)境

用戶在進(jìn)行自動化測試時，僅需提供車輛設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和用例兩份Excel文檔，其余過程均由集成開發(fā)環(huán)境處理完成。并通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)測試文本和圖片日志與代碼用例相關(guān)聯(lián)，快速定位用例和代碼行。

7 調(diào)試執(zhí)行

自動化調(diào)試過程為測試用例最終轉(zhuǎn)換為圖文并茂的測試報告的執(zhí)行過程，如圖5所示，自動化調(diào)試過程除包含對被測對象的調(diào)試外，由于用例的編制也可能存在錯誤，因此對用例的調(diào)試同樣重要。

圖5 自動化測試流程

8 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)自動化測試平臺為適應(yīng)車載顯示設(shè)備與控制設(shè)備工業(yè)領(lǐng)域特殊要求并繼承主流計算機(jī)自動化測試工具的優(yōu)點，具備適應(yīng)車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備顯示與控制的全自動化測試，解決具有人機(jī)交互界面參與的嵌入式控制系統(tǒng)不支持全自動化測試的難題。目前已應(yīng)用于CRH2型動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的軟件測試和硬件功能測試中，提高測試效率與質(zhì)量。